CN104159541A - 用于血管的隔室式扩张的设备 - Google Patents

Abstract

用于与气囊式导管一起使用的约束结构包括多个纵向支柱和多个可膨胀的径向环。该约束结构能径向膨胀但是在纵向方向上不可以实质上膨胀。该约束结构能具有多个被设置成彼此独立地膨胀的隔室。对该约束结构内的气囊式导管充气能允许血管以预先确定的形貌扩张。

Description

用于血管的隔室式扩张的设备

本申请要求2012年2月1日递交的美国临时申请号No.61/593,704的优先权，其整体以引用方式合并在此。

引用合并

在本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请都被通过引用方式合并于此，到每份出版物、专利或专利申请均是被特别地和分别地指示为通过引用方式合并的程度。

技术领域

本发明涉及医疗方法和设备领域，具体地，涉及医疗扩张(dilatatoin)气囊式导管(catheter)和设备，意在治疗血管堵塞和/或向人体组织输送活性物质。

血管成形术气囊(angioplasty balloons)是治疗变窄和堵塞的血管的最常用工具之一。这些气囊在被充气时通常是圆柱形的，而且被制成各种尺寸(长度及直径)以符合不同的血管大小。气囊位于柔性导管的远端并被输送到目标位置/伤口，气囊在那里被充气(通常在8-20个大气压之间)以克服伤口的阻力并实现管腔的膨胀(expansion)。这种高压血管成形术常常与血管壁的外伤有关，带有作为结果的高频率的血管夹层(30％-40％)、被治疗血管的急性冠脉闭塞(5％-12％)以及再狭窄症。当把常规血管成形术用作对被堵塞血管的初步治疗时，大约50％的情况能发生再狭窄症。因此，在大多数冠心病治疗中，血管成形术被用作初级治疗，然后放置支架。支架经常涂覆有要求患者在延长期(可能是终身地)采用抗血小板疗法的药物和聚合物，以限制血栓或血块的风险。

在标准气囊中，为了有效充气，有必要施加越来越多的压力，直到狭窄症消失为止。这是一种突然且有力的、可对血管壁产生严重创伤的过程，在最好的情况下，进一步延缓了伤口的愈合，而在最坏的和不常见的情况下，导致夹层、急性冠脉闭塞和再狭窄症。

由于气囊扩张造成的被治疗血管中的夹层是非常常见的。这些情况的夹层率估计高达30％。这些情况中的一些很严重，并可能需要紧急手术或者放置额外的支架。另外，即使在被治疗的伤口中放置了支架，夹层仍可造成长期不良的临床结果和再狭窄症。夹层被归因于气囊充气期间发生的若干机理，包括当气囊展开褶皱时被施加于血管壁的剪切力，以及由于血管中的疾病的不一致性造成的气囊的不均匀充气。在充气期间，气囊直径在径向增大的同时，折叠的气囊被展开并施加切向力(参见图1A，1B和1C)。为了解决这个问题，已经通过提供径向打开而不需要展开的完全弹性的或可膨胀的气囊的方式进行了尝试。然而，这些由弹性材料制成的气囊不能提供足够的扩张力，因为这些材料是软且柔性的，无法用于高压充气。

疾病不是均衡一致的，并且血管内径具有各向异性的特点。标准的血管成形术气囊通常是弹性或半柔性的，且被设计以增大它们的直径，并因此以均衡一致的方式向周围区域施力。当顶着不一致的阻力(偏心的伤口、局灶性血小板)被充气时，将有必要施加被增大的压力，直到血小板消失且气囊被充满为止。这种突然且不受控制的过程造成了该区域创伤的增加。而且，在血管的弹性(或病症较少的)区域，气囊的弹性本质的开始阶段引起其直径增大得更多，引起了进一步的创伤和被延迟的治疗。

长形伤口(是外围伤口的典型类型)产生了额外的挑战。在通过被堵塞血管推进的同时，这些伤口常常需要反复的充气/放气。这要求执行质量的一致性，其对于气囊不是典型的。而且血管成形术气囊在扩张过程中变长(达到10％)，这可能对无病区域造成进一步损害。由于气囊的延长是与其长度有关的，这在长形伤口的治疗中尤其被注意。

夹层、弹性反冲和急性冠脉闭塞都是与对被治疗的血管具有高等级的损伤和创伤的当前的血管成形术气囊有关的机理。

因此，期望的是为用于血管治疗的血管成形术气囊提供改进的气囊和充气结构。特别是，一种通过调控气囊的充气特性和提供在局部区域带有柔性的区段隔室式的扩张，不太会对血管壁产生创伤和夹层的气囊。而且，允许缓慢的血小板重构和调制过程的受控的充气能被证明是创伤更少且促进伤口的更快愈合。

进一步期望的是被减少的夹层是否还能减小与当前的血管成形术气囊及其使用有关的弹性反冲和急性冠脉闭塞的风险。进一步期望的是这种改进的血管成形术气囊结构是否与每个支架、药物洗脱支架和药物涂层气囊相容。这些优点将优选地在没有丧失导管增加管腔大小和使正被治疗的患者的血管恢复的能力的情况下获得。这些目的的至少一些将被本发明满足，就像在此后描述的那样。

发明内容

本发明公开了一种用于血管成形术或扩张狭窄血管且可选地用于向血管壁输送活性物质的设备。在此公开的气囊式导管被设计成支持促进患病区域的更快愈合的、受控且被调制的血小板重构过程。这是通过在充气期间对血管壁产生更少创伤的扩张特征的调制实现的。

本气囊式导管由气囊式导管和位于导管的气囊部上的约束结构(CS)构成。约束结构(CS)起到控制和限制气囊充气的作用，通过修改气囊形貌和产生其中每个充气区域独立于相邻区域的隔室式充气。这种形貌有助于在充气期间促进血小板重构并且允许在对血管壁创伤最小的情况下受控充气。约束结构还阻止在气囊充气时剪切力向伤口与血管壁的输送。

在气囊充气时，气囊和约束结构两者直径增大，然而，约束结构最大直径小于气囊直径。气囊继续充气经过约束结构，产生了凸坡(枕块)和凹谷(约束结构位置)的形貌。约束结构和气囊能够由于通过气囊充气施加的充气力而膨胀。约束结构膨胀通过其几何结构设计而受限。约束结构被设计为限制气囊直径，以消除切向力到血管壁的输送并允许使创伤最小化和促进更快愈合的血小板重构过程。

传统的气囊是柔性或半柔性的，且具有光滑均匀的表面。在充气期间，气囊更容易在阻力更小的区域膨胀，诸如症状稍轻的区域(参见图4A到4C)。为了成功地打开伤口，需要施加更大的压力，然后当压力足够高时，伤口将“塌陷”并突然打开。这个充气过程是快速且强烈的，而且可能引起严重的创伤。在本发明中描述的设备被设计成在血小板能够流动且由于约束结构产生的形貌的缘故而重塑自身的地方允许缓慢的血小板重构过程。它在约束结构位于它们之间的凹谷的地方产生了一系列垫层(参见图3)。垫层之间的约束结构通路阻止高压在血小板中的积聚和被扩张血管的过度膨胀，从而使充气期间对血管壁产生的创伤最小化。因此，充气过程是受控制的，对血管产生了更少的创伤并加速了该区域的愈合。

约束结构位于被放气和折叠的气囊之上，且在气囊的远端附近或气囊的近端附近或优选地两者附近被附着于导管。它还能够在不需要附着的情况下被放置在气囊上方。气囊一旦充气，约束结构就膨胀并通过气囊在预先确定形貌中允许血管的扩张。在气囊扩张期间，气囊和约束结构两者直径都增大，同时设备的长度不变。这通过使血管壁上的轴向张力的产生最小化，进一步调制了充气的结构。与其中在充气过程中气囊的长度将增加达到10％的传统气囊不同，约束结构和气囊有效长度不变。当气囊长度在充气过程中始终被保持时，其允许充气机理的可预见性和更多的控制，并且血管的健康区域不被暴露于使它们受到进一步损害的充气和张力。

附图说明

本发明的新颖特征是尤其在所附的权利要求书中被提出的。通过参考下面的提出说明性的实施例(其中利用了本发明的原理)的详细描述，将获得对本发明的特征和优点的更好的理解，并且附图中：

图1A到1C示出了在狭窄血管中传统气囊充气的展开阶段的横截面。

图2A和2B示出本发明，其中约束结构位于在充气期间产生凸坡和凹谷的受控形貌的气囊上。

图3A到3C示出了在3个不同的充气阶段期间，在约束设备内发生展开的同时，本发明中的扩张设备的横截面。

图4A到4C示出了传统气囊的3个充气阶段。

具体实施方式

本发明讨论了一种用于治疗人体内患病的、被堵塞的、被闭塞的或狭窄的管腔的设备，典型地是包括动脉和静脉两者的血管，和更典型地是冠状和外周动脉。本设备在对伤口引起最小创伤的同时使被闭塞的血管扩张，从而使夹层、完全闭塞、急性冠脉闭塞和再狭窄症的风险最小化，并促进加速愈合。

约束结构(CS)被放置在气囊式导管之上，其中在充气时，气囊和约束结构两者在直径上都增大，且在放气期间，约束结构返回到其原来的尺寸。约束结构能够具有多种意在膨胀到比气囊的最大膨胀直径小的直径的设计。约束结构可在远端或近端或这两端被连接到气囊。约束结构还能使用简单覆盖在没有稳固连接的情况下在气囊之上浮动，因为约束结构能够被设计以在膨胀期间保持其长度并且因而在约束结构和气囊之间没有相对轴向运动。约束结构可以由各种不同的材料、工艺和设计制成。约束结构可由金属，优选地弹性非常强的金属(诸如镍钛诺)制成，而且约束结构可由多种聚合物(例如尼龙)制成。约束结构可由线缆，或者从管状、鞘状或其他形状的金属通过激光切割而构成。

在本发明的优选实施例中，约束结构在气囊之上。在充气期间，约束结构膨胀，允许气囊在其下膨胀。最大约束结构直径小于被膨胀的气囊的直径，因此气囊经过约束结构凸出和膨胀，产生凸坡(hills)和凹谷(valleys)的形貌的。约束结构产生了设计的形貌和促进血小板重构的过程的受控的更缓慢的充气的组合。血管患病区域中的血小板能够在设计的形貌中的凹谷中流动通过，并且在允许逐渐充气的血管中重新分布，而不需要施加更多的压力。

参见图4A到4C，在充气期间的传统气囊中，由于气囊柔性的缘故，气囊将朝着阻力更小的区域(健康区域或者带有更少血小板积聚的区域——参见图4B)膨胀。为了成功地使伤口扩张，应当施加额外的压力，直到产生具有更严重堵塞的伤口区域且气囊能够完全充气(参见图4C)。这个过程是突然且强烈的，使血管壁(健康的或患病的区域)暴露于严重的创伤，并可能产生夹层、再狭窄症和更缓慢的愈合过程。由约束结构产生的形貌允许血小板逐渐地再分散并流动通过约束结构凹谷(参见图2A和2B)，同时导管膨胀且充气是逐渐的和受控的。约束结构的设计允许血小板重构产生更少的创伤并促进更快的愈合。

在本发明的一个实施例中，约束结构被附着于气囊的两端且能够在充气和放气过程期间中保持恒定的长度。在充气期间，约束结构膨胀到预先设计好的、小于气囊被充气直径的直径。气囊继续膨胀，超过约束结构但在长度上受到约束结构的限制。参见图2B，气囊充气经过约束结构并在长度上受到约束结构设计的限制，从而允许设备在气囊没有延长的情况下被充气(在传统气囊中共同)，因而减少或消除被施加在血管壁上的轴向力，以及使对血管的创伤最小化。而且，这允许在充气过程中更多的可预见性。这尤其对长形气囊(常用于外周动脉)有效。

在本发明的一个实施例中，约束结构由通过轴向线缆连接的径向环构成。在充气时，约束结构在没有任何轴向延长的情况下径向地膨胀。这个结构允许其中环在血管内产生分离的充气区域的隔室式充气过程。因此，对血管壁的压力是受控的，并且在轴向方向没有任何应变的情况下在径向方向上施加，减少了创伤和可能的夹层。

本发明可被用于输送各种不同的制剂或者活性物质，尤其(但不限于)是那些适于治疗血管的和其他管腔的情况的，诸如抗恶性细胞增生的和抗有丝分裂的制剂(诸如紫杉醇和雷帕霉素)，其他的物质可包括抗生素、抗血小板制剂、荷尔蒙等等。

可以以各种不同的设计或技术放置活性物质，诸如在气囊表面、约束结构或两者上直接涂覆。活性物质可以被嵌入放置在气囊或约束结构或两者上的基质/载体中。通过最小化永久性植入的需要但是仍然提供良好的长期结果，低创伤扩张与活性剂释放的结合可以优于用于一部分人群的药物洗脱支架。

在一个实施例中，气囊表面被涂覆有药物。在气囊充气时，在涂覆有药物的气囊外表面中形成的“枕垫”/凸坡接合血管壁，并且把药物挤压进壁中，以便利有效药物输送到被治疗地点。

使用许多不同的、包括但不限于涂覆气囊、涂覆约束结构或者两者的设计方法，可为药物输送提供便利。用药物直接涂覆或者使用基质或微囊剂形式的载体。

Claims (15)

1.一种气囊式导管，所述气囊式导管包括：

可膨胀气囊，所述可膨胀气囊承载在导管上；和

可径向膨胀的约束结构，所述可径向膨胀的约束结构设置在气囊上，

其中所述约束结构包括小于气囊的被充气直径的被膨胀直径，且

其中所述约束结构包括多个隔室，所述多个隔室配置成用于限定气囊的多个部分为彼此独立地膨胀。

2.根据权利要求1所述的气囊式导管，其中约束结构和气囊导管的至少一个包括活性物质输送机构。

3.根据权利要求2所述的气囊式导管，其中输送机构包括载体和/或涂层。

4.一种用于约束可充气气囊的膨胀的约束结构，所述约束结构包括：

一个或多个可膨胀的径向环；和

一个或多个纵向支柱，所述一个或多个纵向支柱连接约束环，

其中所述约束结构配置成不能够展开地定位在气囊式导管之上。

5.根据权利要求4所述的约束结构，其中约束结构包括金属或聚合物的至少一个。

6.根据权利要求4所述的气囊式导管，其中约束结构由线缆形成或被从管状物激光切割。

7.根据权利要求4所述的气囊式导管，其中纵向支柱实质上是不可膨胀的。

8.根据权利要求4所述的气囊式导管，其中径向环被配置成彼此独立地膨胀。

9.一种用于展开气囊式导管的方法，所述方法包括：

提供具有被安装在气囊之上的约束结构的气囊式导管；

推动气囊式导管到在患者的血管中的目标位置；和

给气囊充气，从而引起血管以预先确定的非圆柱形形貌扩张。

10.根据权利要求9所述的方法，其中给气囊充气引起约束结构膨胀。

11.根据权利要求10所述的方法，其中气囊和约束结构的长度实质上保持恒定，同时引起约束结构膨胀。

12.根据权利要求9所述的方法，其中给气囊充气引起气囊通过在约束结构中的窗口凸出和膨胀。

13.根据权利要求9所述的方法，其中给气囊充气产生了凸坡和凹谷的形貌。

14.根据权利要求9所述的方法，其中给气囊充气包括给气囊逐渐地充气。

15.根据权利要求9所述的方法，进一步包括向血管输送活性物质。